【手続補正書】
【提出日】平成18年5月1日(2006.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】              明細書
【発明の名称】          風車の羽根並びに風車    
【特許請求の範囲】
【請求項１】  縦軸風車の回転体周部に、広面を主軸方向へ向けて、垂直に装着される板状の羽根であって、該羽根は主体部と、主体部の内側面に形成された取付支持体とから構成され、主体部は、平面における主軸と対面する内側面に、回転推力を造成する膨出部が、突出した前縁部から後部へ湾曲して薄く形成されていることを特徴とする、風車の羽根。
【請求項２】  前記羽根の側面に、夜光部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載された風車の羽根。
【請求項３】  前記羽根の回転時の内側面には、ベルヌイの定理の作用をする横長突出部が段状に形成されていることを特徴とする、請求項１．２のいずれかに記載された風車の羽根。  
【請求項４】  縦軸風車の垂直主軸に、回転体が配設され、回転体は主軸に固定される軸部と、軸部から放射方向へ突出された複数の支持アームと、支持アームの先端部に固定された環縁体とで構成され、環縁体の外周部に、周面に沿って定間隔置きに、複数の羽根が垂直に配設され、該羽根は平面における主軸と対面する内側面に、回転推力を造成する膨出部が形成されていること、を特徴とする風車。
【発明の詳細な説明】      
【０００１】
【発明の属する技術分野】                 
この発明は、風車の羽根並びに風車に係り、特に縦軸風車の回転体周部に羽根を垂直に装着したとき、羽根の左側（内側）面に、回転推力を造成するための膨出部が形成され、回転時に、羽根の内側面に沿って通過する風流を高速度化して、外方へ高速度で排出することによって、羽根の内側に負圧域を造成するように構成された羽根と、該羽根を取付けた風車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、風力発電機の風車は、横軸プロペラ式が使用され、風力回収率が３５％程度と云われる縦軸風車は、実用性がないものとして使用されていないのが現状である。発明者は、これに関して、受風羽根に生じる負圧を利用して回転推力を生じさせ、風速よりも早く回転する風車を開発し、例えば特許文献１で開示している。    
【特許文献１】     特開２００４−２０４８０１号公報
【０００３】
また過去における縦軸風車の羽根は、羽根の外側に向けて揚力を得るような設定であるので、回転方向への推力が得にくいという難点がある。加えて回転体の回転に伴い、遠心力が羽根の上下にかかるため、羽根には、外側に向けた揚力と遠心力とが重なってかかるために、羽根の破損が生じやすく、破損を防止するために羽根の剛性を持たせると重量が重くなり、回転効率が悪化するという難点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記、文献の受風羽根も風力回収効果は高いが、回転体の周部に配設される羽根は、回転する時に、直径比の差によって、外側面が内側面よりも物理的に早い速度で回転している。
従って、羽根の回転時に、羽根の前部にあたって、羽根の内外側面に分かれて通過する風の速度は、物理的に、羽根の外側面に沿って通過する風の速度が早い事になる。
【０００５】
一方で、羽根の内側面に、回転推力造成用の膨出部を形成すると、羽根の外側面の前後長さよりも、膨出部のある内側面の前後長さが長くなる。
その事は、前後長さが長い、内側面に沿って通過する風の速度が、物理的にみて、外側面を通過する風よりも相対的に早くなり、空気密度が薄くなるために、その分負圧になる。
【０００６】
従って、回転時に羽根の外側面域から、内側面域の負圧部分に対して常圧気流が作用して、羽根を回転方向へ押すという回転推力が生じる。
そこで前記の羽根の内側面よりも、外側面が早く回転しているという事実を検討すると、回転ロスが有る事が考えられ、このロスを無くすことによって、回転推力を、より向上させることができる。
【０００７】  
しかし、同一の回転体の周部に固定されている、１枚の羽根そのものの、内外の回転速度を変化させることは、物理的にできない。
この発明は、その羽根において、回転時に外側面に沿って通過する風の速度よりも、内側面に沿って通過する風の速度を、より早くすることのできる羽根と、この羽根を使用した風車を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記課題を解決し目的を達成するために、次のような技術的手段を講じた。
【０００９】
(1)  縦軸風車の回転体周部に、広面を主軸方向へ向けて、垂直に装着される板状の羽根であって、該羽根は主体部と、主体部の内側面に形成された取付支持体とから構成され、主体部は、平面における内側面に、回転推力を造成する膨出部が、突出した前縁部から後部へ湾曲して薄く形成されている、風車の羽根。
【００１０】
(2)  前記羽根の側面に、夜光部が形成されている、前記(1)に記載された風車の羽根。
【００１１】  
(3)  前記羽根の回転時の内側面には、ベルヌイの定理の作用をする横長突出部が段状に形成されている、前記(1)(2)のいずれかに記載された風車の羽根。  
【００１２】
(4)  縦軸風車の垂直主軸に、回転体が配設され、回転体は主軸に固定される軸部と、軸部から放射方向へ突出された複数の支持アームと、支持アームの先端部に固定された環縁体とで構成され、環縁体の外周部に、周面に沿って定間隔置きに、複数の羽根が垂直に配設され、該羽根は平面における主軸と対面する内側面に、回転推力を造成する膨出部が形成されている、風車。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本願発明の実施の形態例を、図面を参照して説明する。図１は本発明に係る風車の羽根（以下単に羽根という）の正面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線横断面図、図３は羽根の左側面図、図４は羽根を装着した風車の平面図である。
【００１４】
図において、羽根(1)は、正面において、主体部(2)と、その左側面（内側面）縦中央部に形成された取付支持体(3)とで構成されている。
主体部(2)の縦中央部右側面（外側面）は垂直で、その上下端部に、それぞれ右側（外側）方へ傾斜する傾斜部(2b)が形成されている。
【００１５】
該傾斜部(2b)の傾斜角度は、１５度〜９０度、好ましくは２５度〜４５度の範囲に設定される。主体部(2)の高さは、例えば２ｍ、傾斜部(2b)は上下それぞれ４０ｃｍ〜５０ｃｍとする。これは後記する風車(4)の回転体(5)の直径が４ｍの場合に適しているが、これに限定されるものではない。
【００１６】
羽根(1)の主体部(2)は、図２に示すように、平面で略魚体状に、前部は幅が厚く後部へかけて細く設定されている。
また主体部(2)の左側面（内側面）には、前端縁部が膨出し、後部へかけて次第に薄くなるように、回転推力造成用の膨出部(2a)が形成されている。
【００１７】
図２において主体部(2)の右側面（外側面）後尾部は、羽根(1)を風車(4)の回転体(5)に装着したときの、羽根(1)前縁部外端面の回転トラック（Ｔ）内側に位置するように形成され、前縁部と後尾部の間に凹成部(2c)が形成されている。
これにより図示するように、主体部(2)は、平面で全体的に後尾部(2b)が、外向きに反って湾曲されている。
【００１８】
図４に示す風車(4)の回転体(5)に、羽根(1)を装着するときは、羽根(1)が回転するときの、回転トラック（Ｔ）に、主体部(2)の右側面前縁部と後尾部を沿わせて、取付支持体(3)を回転体(5)に固定する。これにより、主体部(2)は、平面で、前部と後尾部(2c)は外向きに反り湾曲する。
【００１９】
上記のように構成されたこの羽根(1)は、図４に示すように、風車(4)の回転体(5)の周部に、複数の羽根(1)が、左側面（内側面）を垂直主軸(5a)方向に向けて、取付支持体(3)を介してネジ止め固定、配設される。
【００２０】
風車(4)は、図４におけるケース体(4a)に、図示しない軸受機構により、垂直主軸(5a)が回転自在に支持され、該垂直主軸(5a)の上端縁部に、回転体(5)が水平に装着されている。
回転体(5)は、垂直主軸(5a)に固定された軸部(5b)に、複数の支持アーム(5c)が放射方向へ向いて固定され、各支持アーム(5c)の先端部に、環縁体(5d)が環状に固定されている。
【００２１】
上記構成の風車(4)において、羽根(1)にＡ矢示の風を受けると、回転体(5)がＢ矢示方向へ回転する。この時、羽根(1)主体部(2)の右側面（外側面）前縁部外端面は回転トラック（Ｔ）に沿って回転するが、後尾部は該回転トラック（Ｔ）の内側を回転する。
また羽根(1)の前部に当たるＣ矢示の風速は、羽根(1)の回転速度と同じであるが、羽根(1)の左右へ分岐して流れる。
【００２２】
主体部(2)の左側面（内側面）に沿って通過する風は、回転推力を造成する膨出部(2a)によって風速が早まって、後部で後外向きに高速で抜ける。
主体部(2)の右側面（外側面）を通過する風は、右側面前部では大きな抵抗を受けるが、凹成部(2c)において左方に拡散にされ、前記、内側面に沿って通過する速度の早い外向きの気流によって、外方へ反らされる。
【００２３】
これによって、主体部(2)の左側面前縁部域の空気密度が薄くなって、負圧が生じるので、主体部(2)は外から内側面前縁部方向へと常気圧に押されて、回転方向へ移動することから、羽根(1)の回転推力が得られる。
【００２４】
このように、主体部(2)の右側面に沿って通過する風は、凹成部(2c)によって拡散されて気圧変化を生じ、後外方向からの常圧気流を誘い、左側面に沿って通過する風は、膨出部(2a)によって速度を早められて、後外方向へ高速で抜けて、右側面に沿って通過する風を外方向へ押しやる。
【００２５】
これによって、羽根(1)は主体部(2)の内側域に強い負圧を自然に造り出すもので、羽根(1)が風を受けて回転している限り、この羽根(1)は自らの形状と取付け態様により、内側域に負圧の気流変化を生みながら前進回転を続ける。このことから、風速の数倍という速度で羽根(1)は回転することができる。
【００２６】
図４において、Ａ矢示方向の風が吹いていると、各羽根(1)はＢ矢示方向に回転する。この回転に伴ない、風車(4)に近ずく風は、羽根(1)の回転方向へ引きずられる。図４における左方の羽根(1Ａ)は、凹成部(2c)部分に追風を受けて回転推力が得られる。左風下の羽根(1Ｂ)は、内側面に追風を大きく受けて回転推力が得られる。
【００２７】
右風下の羽根(1Ｃ)は、Ａ矢示風の当たる左側面後部が、後外方に反っている事により、風が後外方向へ流れて羽根(1)を押す。また羽根(1)の上下に傾斜部(2b)があるため、羽根(1)の前外部をかすめて通過する風の速度よりも、羽根(1)の内側傾斜部(2b)に沿って流れる風の速度が早くなり、羽根(1)の前部に負圧が生じるので、やはり回転推力が得られる。
【００２８】
そして羽根(1)が高速回転すると、各羽根(1)の内側面域に負圧が常に生じるため、回転体(5)の垂直主軸(5a)回りに、台風の目のように左方回りの渦流が生じる。
右前部の羽根(1Ｄ)は、Ａ矢示の風を受けると、羽根(1Ｄ)の左側面に負圧を生じさせて、やはり回転推力が得られる。
【００２９】
主軸(5a)の風上にある羽根(1Ｅ)は、傾斜部(2b)の上下外を通過する風の速度より、傾斜部(2b)外側面に当たる風は、傾斜部の外面に沿って中央へ風が集まり、停滞し風の速度が遅くなり、回転に伴う風流により、羽根(1)の後内部に生じた負圧により、羽根(1)の後部を外側から押す力が働き、やはり回転方向への推力が得られる。
【００３０】
このようにこの羽根は、回転時に於ける羽根のない側面域に負圧を生じさせて回転するので、羽根の上下部は外から内側へと押されるので、遠心力が外側へ筒よく押す作用をしても、相殺されて、羽根の上下端部が外方へ押されることがなく、取付位置に安定しているので、羽根の破損が生じにくい効果がある。
【００３１】
図５は、羽根の第２実施例を示す右側面図、図６は羽根の一部縦断面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。
この第２実施例は、羽根(1)の表層に、夜光部(2d)が形成されたものである。夜光部(2d)としては、例えば紫外線により発光する紫外線蓄光性夜光剤を、縞状に塗着形成したものである。
【００３２】
成形する場合は、図示しない成形型に、紫外線発光夜光層(2d)と非発光層(2e)とを形成し、その上に表層(2f)を形成して、上下の型を閉じて、中に芯材(2g)を注入して成形する。この場合、芯材(2g)を入れずに中空にすることができる。
【００３３】
なお前記非発光層(2e)部分は、異なった色の紫外線発光夜光層(2d)とすることができる。前記夜光部(2d)は、反射塗料の塗布でもかまわない。また反射塗料の成形体の埋め込みでもかまわない。
【００３４】
上記構成の羽根(1)は、風車(4)に装着されている時、夜光部(2d)が、例えば紫外線を受けて発光能を永続して蓄積し、暗くなるに従って、螢光色に発光する。この螢光は長時間維持され、日中に紫外線を受けていると夜間に永続的に発光する。また反射塗料では、電灯、月明かりなどの光線を反射する。
【００３５】
これによって、夜間に風車が回転しているかどうかを、遠くからでも確認することができ、また、夜間に移動する鳥が、回転する羽根(1)に衝突する事を防止することができる。
【００３６】
図７は第３実施例を示す羽根の左側面図、図８はその正面図である。前例と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。
この実施例では、左側面（内側面）において、傾斜部(2b)に、横長突出部(2h）を複数、段状に形成したことに特徴がある。
【００３７】
該横長突出部(2h)は、図７に示すように、前部は幅狭で、後部へかけて次第に広く設定されている。また該横長突出部(2h)は、前部では突出が低く、後部へかけて次第に突出を高く設定されている。
【００３８】
この第３実施例においては、羽根(1)の回転時において、傾斜部(2b)の右側面（外側面）を通過する風の速度より、左側面（内側面）に沿って通過する風の速度が速くなり、特に上下の横長突出部(2h)の間の通気狭間(2j)は、後部が狭くなっているので、ベルヌイの定理の作用で速度が早くなり、羽根(1)の向かい角における風を高速で排除するので、羽根(1)の向かい角における風抵抗を小さくすることができる。前記横長突出部(2h)は主体部(2)の左側面において、任意の位置に形成することができる。
【００３９】
図９は第４実施例を示す、羽根の左側面図、図１０は図９におけるＡーＡ線横断平面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。
この第４実施例は、図でよく判るように、傾斜部(2b)の上下先端部が、主体部(2)の先端面よりも、前方に突出していることに特徴がある。
【００４０】
上記のように構成されたこの第４実施例の羽根(1)は、回転体(5)に固定されて回転する時、傾斜部(2b)の先端部の方が、主体部(2)よりも先に風を切ることになり、傾斜部(2b)の内側面域に、常に早く負圧が生じることになり、この部分の負圧が常に羽根(1)を回転方向へ牽引する効果がある。
【００４１】
羽根(1)の正面では、図１の羽根(1)と変わらぬ正面面積でも、側面においては、羽根(1)の受風面積を大きくすることができる。また羽根(1)の内側面域に負圧を生じさせる点で、外側面の常圧気流を多く受け易く、負圧の内側面方向へは抵抗が小さく入り易い湾曲をしている。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明は、次のような優れた効果を有している。
【００４３】
(1)  請求項１に記載された発明の羽根は、主体部は、平面における内側面に、回転推力を造成する膨出部が、突出した前縁部から後部へ湾曲して形成されているので、外側面に向かい風を受けるときは、回転に伴う羽根の内側面に沿って流れる風が速度を速め、羽根の後部を内方へ負圧で引くことから、回転推力が得られる。
総体として羽根は、外から内側方へと常圧気流に押されるため、強い遠心力が羽根の内側から外向きにかかっても相殺され、羽根は取付状態で安定して、遠心力などによる破損が生じにくい効果がある。
【００４４】
(2)  請求項２に記載された発明の羽根は、夜光部が形成されているので、夜光部が、受けた紫外線により発光能を永続する紫外線蓄光性の夜光剤が塗布して形成されていれば、夜間に羽根が螢光を発し、羽根が回転していることを遠くからでも確認することが出来る。また、夜間に飛行する鳥が、回転している羽根に衝突しない効果が有る。
【００４５】
(3)  請求項３に記載された発明の羽根は、羽根の左側面に、ベルヌイの定理の作用をする横長突出部が段状に形成されているので、この部分の通過風速を早めて、負圧を大きくされ、羽根が大きな回転推力を得ることが出来る効果がある。
【００４６】
(4)  請求項４に記載された発明の風車は、軸部と支持アームと環縁体とで構成される回転体の外周部に、羽根が垂直に配設されているので、羽根が回転体に強固に固定される。回転体は回転慣性を維持させて安定した回転速度を維持させる。
【００４７】
【図面の簡単な説明】
【図１】    
本発明羽根の正面図である。
【図２】    
図１におけるＡ−Ａ横断平面図である。
【図３】    
本発明羽根の左側面図である。
【図４】    
本発明羽根を配設した風車の平面図である。
【図５】
第２実施例を示す羽根の正面図である。
【図６】
第２実施例を示す羽根の一部縦断面図である。
【図７】
第３実施例を示す羽根の左側面図である。
【図８】
図７の羽根の正面図である。
【図９】
第４実施例を示す羽根の左側面図である。
【図１０】
図９におけるＡ−Ａ線横断平面図である。
【符号の説明】
(1)羽根
(1A)(1B)(1C)(1D)(1E)羽根
(2)主体部
(2a)回転推力造成用膨出部
(2b)傾斜部
(2c)凹成部
(2d)紫外線発光夜光剤層
(2e)非発光層
(2f)表層
(2g)芯材
(2h)横長突出部
(2j)通気狭間
(3)取付支持体
(3a)ネジ孔
(4)風車
(4a)ケース体
(5)回転体
(5a)垂直主軸
(5b)軸部
(5c)支持アーム
(5d)環縁体
（Ｔ）回転トラック